Sistemas de armazenamento híbridos e soluções de armazenamento: Envelhecimento da bateria – O caminho para sistemas energéticos mais duradouros e previsões confiáveis

📡 A busca constante por melhorias na tecnologia de armazenamento de energia levou a inovações fascinantes, incluindo sistemas de armazenamento híbridos. Estes sistemas pioneiros combinam diferentes tecnologias de armazenamento para compensar as desvantagens de cada tecnologia e aproveitar ao máximo as suas vantagens. Um exemplo notável é o acoplamento de baterias de íons de lítio e supercapacitores. O Instituto Fraunhofer de Economia Energética e Tecnologia de Sistemas Energéticos IEE, em colaboração com Skeleton Technologies e AVL, fez avanços significativos na tecnologia de previsão do envelhecimento de baterias como parte do projeto de pesquisa “SukoBa”, que poderia revolucionar a aplicação de sistemas de armazenamento híbridos.

🔋 A sinergia de baterias de íons de lítio e supercapacitores

Um sistema de armazenamento híbrido que integra baterias de íons de lítio e supercapacitores aproveita os pontos fortes de ambas as tecnologias, ao mesmo tempo que mitiga seus pontos fracos. Os supercapacitores são capazes de absorver e liberar grandes quantidades de energia em um período de tempo extremamente curto. No entanto, esta rapidez do processo de carga e descarga não conduz a um envelhecimento significativo porque as intensidades de corrente não são limitadas pelos processos eletroquímicos, mas pelas capacidades físicas de armazenamento. Em contraste, os supercapacitores têm baixa densidade de energia, o que significa que não podem armazenar muita energia de uma só vez.

As baterias de íons de lítio, por outro lado, oferecem alta densidade de energia e podem, portanto, armazenar grandes quantidades de energia, mas são sensíveis a picos de corrente elevados, o que pode levar a um maior desgaste e a uma vida útil reduzida. Estas baterias não são, portanto, adequadas para aplicações em que ocorrem mudanças de carga frequentes e intensas, como em veículos eléctricos ou máquinas de construção. É aqui que os supercapacitores entram em ação. Eles podem absorver picos de carga sem sobrecarregar a bateria, resultando em um uso uniforme e mais suave da bateria.

🔎 O projeto de pesquisa SukoBa e BaSiS

No projeto “SukoBa” foi desenvolvido um ambiente de simulação denominado BaSiS – Battery Simulation Studio – que visa otimizar a interação em sistemas de armazenamento híbridos. No centro desta tecnologia está um modelo de degradação que fornece previsões precisas sobre o envelhecimento das baterias quando operadas em conjunto com supercapacitores. Graças ao software BaSiS, pesquisadores e engenheiros podem agora executar diversas configurações e cenários operacionais e analisar seus efeitos no envelhecimento da bateria.

BaSiS ajuda a ajustar as condições de operação da bateria e algoritmos de controle para alcançar vida útil máxima com custo mínimo. Esta flexibilidade é particularmente valiosa porque permite que novas tendências e tecnologias na investigação de baterias e supercapacitores sejam rapidamente integradas e testadas.

💡 Vantagens dos sistemas de armazenamento híbridos na prática

Os sistemas de armazenamento híbrido oferecem uma variedade de benefícios que vão muito além dos aspectos técnicos básicos. Eles permitem um uso mais eficiente da energia em veículos elétricos, máquinas de construção e armazenamento estacionário de energia. Uma vantagem importante é a vida útil prolongada da bateria. Ao aliviar os picos de carga, o estresse térmico na bateria é reduzido, resultando em menos desgaste e, portanto, em maior vida útil. Isto, por sua vez, reduz os custos globais, uma vez que as baterias de substituição precisam de ser adquiridas e instaladas com menos frequência.

Outra vantagem é o melhor desempenho. Os supercapacitores podem absorver mudanças de carga mais rapidamente, resultando em melhor capacidade de resposta de todo o sistema. Isto é particularmente importante em situações onde são necessários níveis de corrente elevados e rápidos, por exemplo, ao arrancar motores eléctricos ou recuperar energia de travagem (recuperação).

🌍 A importância econômica e ecológica

As tecnologias para melhorar o envelhecimento das baterias e a eficiência dos sistemas de armazenamento híbridos também têm impactos económicos e ambientais significativos. Prolongar a vida útil das baterias reduz custos, levando a uma maior aceitação e aplicação destas tecnologias. Além disso, as baterias desempenham um papel central na transição energética para as energias renováveis. Sistemas de armazenamento de energia mais eficientes e duradouros ajudam a suavizar as flutuações no fornecimento de energia, o que é crucial para a integração da energia eólica e solar na rede elétrica.

Do ponto de vista ambiental, uma vida útil mais longa da bateria também significa uma redução na geração de resíduos e no impacto ambiental da produção e descarte de baterias. A mineração de recursos como lítio e cobalto, necessários para a produção de baterias de íon-lítio, causa impacto ambiental significativo. Uma vida útil mais longa da bateria também poderia, portanto, levar a um menor consumo de recursos e a uma maior sustentabilidade.

🚀 Desenvolvimentos e desafios futuros

No entanto, o desenvolvimento e a otimização contínuos de sistemas de armazenamento híbridos também apresentam desafios. Um deles é a complexidade da integração e do controle do sistema. Requer extensa pesquisa e desenvolvimento para tornar os algoritmos de controle e o fluxo de energia eficientes em tais sistemas híbridos. Além disso, os custos de produção e integração de supercapacitores devem ser ainda mais reduzidos para tornar estas tecnologias ainda mais atrativas economicamente.

Outro campo de pesquisa é melhorar a ciência dos materiais para aumentar ainda mais o desempenho das baterias e dos supercapacitores. Isto inclui o desenvolvimento de novos eletrólitos e materiais de eletrodos que oferecem maior densidade de energia e melhores propriedades de carga e descarga.

🔚 Avanços na tecnologia de armazenamento de energia

Os sistemas de armazenamento híbridos que combinam baterias de íons de lítio e supercapacitores representam um avanço significativo na tecnologia de armazenamento de energia. Ao utilizar habilmente os respectivos pontos fortes e minimizar os pontos fracos de ambas as tecnologias, é alcançada uma vida útil mais longa da memória e a eficiência geral do sistema é aumentada. Com o projeto “SukoBa” e o desenvolvimento do software BaSiS, o Fraunhofer IEE deu uma importante contribuição, que oferece vantagens técnicas, económicas e ecológicas. O futuro dos sistemas de armazenamento híbridos é promissor e desempenhará um papel crucial no fornecimento e utilização sustentáveis ​​de energia.

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